CN104468353A - 基于sdn的数据中心网络流量管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SDN的数据中心网络流量管理方法，其包括以下步骤：根据数据中心网络拓扑计算边缘交换机之间最短路径的条数，开启流量监控；控制器检测是否有链路流量达到该链路带宽的门限值，如果有则检测出该链路中流量最大的业务；控制器获得该业务的源、目的IP地址，检测多路径中是否有带宽足够的路径，如果有，将该业务调到该路径中；控制器根据上述路径，转换成流表项，下发到相应交换机，完成流表配置。通过上述方案，本发明实现了有效平衡数据中心网络中负载的流量，缓解了数据中心网络链路拥塞情况，提高了数据中心网络服务能力的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

基于SDN的数据中心网络流量管理方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体地说，是涉及一种数据中心网络流量管理方法。

背景技术

早期的数据中心网络每个服务器仅仅提供单一服务，带宽利用率很低，在虚拟化技术大量普及后，如今每个服务器可提供10个甚至上百个服务。当服务时间相对集中时，这样会导致数据中心网络流量出现激增，造成链路出现拥塞，服务器之间因为服务迁移也会产生大量流量，也可能造成链路拥塞，严重时可能造成网络瘫痪，这种情况下，会导致数据中心服务能力下降，影响业务正常进行。

本发明根据当前SDN(Software Defined Networking,软件定义网络)良好的控制器和转发设备分离的架构，提出了利用SDN控制器来管理数据中心网络流量方法，本发明主要应用于类似胖树结构的数据中心网络。因为SDN控制器具有全局的拓扑感知能力，我们对数据中心网络各端口进行流量统计，查看链路是否出现拥塞，出现链路拥塞时，可以快速将相关业务转移到其他空闲的链路中去。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SDN的数据中心网络流量管理方法，主要解决现有数据中心网络中负载不均衡，导致某些链路出现拥塞，而另外的链路十分通畅，以致网络资源造成极大浪费的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于SDN的数据中心网络流量管理方法，包括SDN控制器和转发设备，所述管理方法包括以下步骤：

S1、控制器根据数据中心的网络拓扑计算边缘转发设备之间最短路径的条数，根据最短路径的条数设置备份路径，除了备份路径，其余的路径均用来路由；

S2、控制器检测是否有链路流量达到该链路带宽的门限值，如果有，则检测出该链路中流量最大的业务；

S3、控制器检测该业务的源、目的IP地址，查看其是否有备份路径，如果备份路径带宽足够，则将该业务调到备份路径中，如果备份路径带宽不足或者没有备份路径，控制器统计该业务源、目的IP地址的各条路径的链路利用率情况，查看是否有带宽足够的路径，如果有，将该业务调度到空闲路径中；

S4、控制器根据步骤S3所述被调度的路径，转换成流表项，下发到相应转发设备，完成流表配置。

进一步的，步骤S1所述网络拓扑结构为胖树拓扑结构，包括核心层、汇聚层和边缘层，整体分为若干个pod(Performance-Optimized Datacenter,高性能数据中心)区域，所述胖树拓扑结构中的同一pod区域内，边缘层转发设备之间的路径有两条，不同pod区域内，边缘交换机之间的路径有四条，所述路径中存在两条没有共享链路的路径。

进一步的，步骤S1具体包括以下步骤：

S1A、用k-shortest算法算出边缘转发设备之间的最短路径条数；

S1B、控制器POX(一款开源的SDN控制器)将所述路径存在map中，如果最短路径的条数大于三，将其中最后一条作为备选路径，其余路径都用来路由；

进一步的，步骤S2具体包括以下步骤：

S2A、检测是否有链路流量达到链路带宽门限值M，具体做法是每隔t秒统计经过各个端口的数据包大小，计算得到各端口流量信息，然后检测相应链路带宽是否达到M；

S2B、当有链路流量达到带宽的M时，检测哪条TCP(Transmission ControlProtocol传输控制协议)速率最大，具体做法是，统计在这t秒内通过的哪种TCP报文数量最多。

进一步的，步骤S3具体包括以下步骤：

S3A、控制器根据步骤S2B得到的速率最大的TCP流，得到其源、目的IP地址；

S3B、根据该源、目的IP地址，控制器查看其是否有备份路径，如果有则转到步骤S3C，如果没有，则转到步骤S3D；

S3C、检测备份路径是否有足够带宽容纳该TCP流，如果没有则转到步骤S3D，如果有，将该TCP流调离到该备份路径中；

S3D、检测该源、目的IP地址的其他路径带宽，如果有路径能容纳该TCP流则将该TCP流调离到这条路径上。

进一步的，步骤S4的实现步骤包括：控制器根据所述被调度的TCP流的源、目的端口号加上所述空闲路径得到一条完整的路径，根据该路径下发流表到该空闲路径相关的交换机中，完成该TCP流调离工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

通过使用本发明的方法，能够不用重算路由，很方便的对高速流量进行控制管理，避免链路拥塞；使用多条路径算法，使链路充分利用，同时起到负载平衡的作用，有效的减轻数据中心网络出现的链路拥塞，符合实际需求。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图；

图2为本发明中数据中心网络拓扑图；

图3为本发明中业务调离示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

为了解决数据中心网络链路拥塞的问题，本发明提供了一种基于SDN的数据中心网络流量管理方法，如图1所示，所述网络流量管理方法包括：计算数据中心网络边缘交换机之间的k条最短路，并开启流量监控，如果检测到链路出现拥塞，则查看该链路中哪条TCP流量最大，获得该流的源目的IP地址进而得到相应的源目的交换机，查看备用路径是否能容纳该流，能则将该流转移到备份路径中，不能则查找是否有足够带宽的路径，如果有，将该流调度到此路径中去，该方法能有效平衡数据中心网络中负载的流量，提高了链路利用率和数据中心网络的服务能力。

以转发设备为交换机为例，本发明的具体实现方法如下：

步骤一：通过SDN控制器POX的DISCOVERY组件获得如图2所示的全网拓扑信息，由图示的拓扑可知，不同的边缘交换机之间的最短路可能有多条，传统三层路由只会算一条最短路，会造成链路分配不均的情况，根据图2中拓扑，使用k-shortest算法算出边缘交换机之间的k条最短路，如图2中同一pod内的s1到s2，可以得到两条路径：s1-s3-s2和s1-s4-s2，不同pod内的s1-s5，可以得到四条路径：s1-s3-s17-s8-s5、s1-s3-s18-s7-s5、s1-s4-s19-s7-s5和s1-s4-s20-s8-s5，然后将这些路径保存在路径表中，对于同一交换机的不同主机间，我们可以根据上述多条路径表分配路由，比如，对于主机h1，我们分配第一条，主机h2，我们分配第2条，同一pod内传输不保留备用路径，不同pod内传输保留一条备用路径。

步骤二：设定链路容量达到链路带宽的80％，则认为链路出现拥塞，因为本方法使用openflow(一种新型网络交换模型)协议，很容易得到各个端口报文统计情况，控制器每5秒查看各端口相关的链路使用情况，如图3，假设链路s8-s5出现拥塞情况，则POX控制器通过端口报文统计能获得此条链路出现拥塞情况，然后查看该链路中TCP流端口，得到哪条TCP流速率最高，图3所示P3速率最高。

步骤三：根据步骤二得到需要调离的TCP流P3，POX控制器查询P3的源目的IP地址，继而得到源目的交换机地址，假设查得该流对应的源目的主机为h1和h5，因为h1和h5对应的交换机为s1和s5，控制查询s1到s5的多路径表，即这四条路s1-s3-s17-s8-s5、s1-s3-s18-s7-s5、s1-s4-s19-s7-s5和s1-s4-s20-s8-s5，因为检测到s8-s5链路出现拥塞情况，即备份路径(第四条)也出现链路拥塞，控制器查看第二条和第三条路径各链路使用情况，如果第二条路径能容纳P3，则准备将P3调离到该条路径中。

步骤四：据步骤三的结果，控制器只要完成P3的调离工作就可以了，控制器根据第二条路径s1-s3-s18-s7-s5加上主机h1和h5的IP地址，可以得到一条完整的路径，控制器根据这条路径，当下一个P3到达时，做成对应的流表下发到s1、s3、s18、s7、s5这5台交换机中，这样即完成了P3的调离工作。

Claims (7)

1.一种基于SDN的数据中心网络流量管理方法，包括SDN控制器和转发设备，其特征在于，所述管理方法包括以下步骤： 

S1、控制器根据数据中心的网络拓扑计算边缘转发设备之间最短路径的条数，根据最短路径的条数设置备份路径，除了备份路径，其余的路径均用来路由； 

S2、控制器检测是否有链路流量达到该链路带宽的门限值，如果有，则检测出该链路中流量最大的业务； 

S3、控制器检测该业务的源、目的IP地址，查看其是否有备份路径，如果备份路径带宽足够，则将该业务调到备份路径中，如果备份路径带宽不足或者没有备份路径，控制器统计该业务源、目的IP地址的各条路径的链路利用率情况，查看是否有带宽足够的路径，如果有，将该业务调度到空闲路径中； 

S4、控制器根据步骤S3所述被调度的路径，转换成流表项，下发到相应转发设备，完成流表配置。 

2.如权利要求1所述的基于SDN的数据中心网络流量管理方法，其特征在于：步骤S1所述网络拓扑结构为胖树拓扑结构，包括核心层、汇聚层和边缘层，整体分为若干个pod区域。 

3.如权利要求2所述的基于SDN的数据中心网络流量管理方法，其特征在于：所述胖树拓扑结构中的同一pod区域内，边缘层转发设备之间的路径有两条，不同pod区域内，边缘交换机之间的路径有四条，所述路径中存在两条没有共享链路的路径。 

4.如权利要求1或2或3所述的基于SDN的数据中心网络流量管理方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤： 

S1A、用k-shortest算法算出边缘转发设备之间的最短路径条数； 

S1B、控制器POX将所述路径存在map中，如果最短路径的条数大于三，将其中最后一条作为备选路径，其余路径都用来路由。 

5.根据权利要求1所述的基于SDN的数据中心网络流量管理方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤： 

S2A、检测是否有链路流量达到链路带宽门限值M，具体做法是每隔t秒统计经过各个端口的数据包大小，计算得到各端口流量信息，然后检测相应链路带宽是否达到M； 

S2B、当有链路流量达到带宽的M时，检测哪条TCP速率最大，具体做法是，统计在这t秒内通过的哪种TCP报文数量最多。 

6.根据权利要求5所述的基于SDN的数据中心网络流量管理方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤： 

S3A、控制器根据步骤S2B得到的速率最大的TCP流，得到其源、目的IP地址； 

S3B、根据该源、目的IP地址，控制器查看其是否有备份路径，如果有则转到步骤S3C，如果没有，则转到步骤S3D； 

S3C、检测备份路径是否有足够带宽容纳该TCP流，如果没有则转到步骤S3D，如果有，将该TCP流调离到该备份路径中； 

S3D、检测该源、目的IP地址的其他路径带宽，如果有路径能容纳该TCP流则将该TCP流调离到这条路径上。 

7.根据权利要求6所述的基于SDN的数据中心网络流量工程方法，其特征在于，步骤S4的实现步骤包括：控制器根据所述被调度的TCP流的源、目的端口号加上所述空闲路径得到一条完整的路径，根据该路径下发流表到该空闲路径相关的交换机中，完成该TCP流调离工作。